DE102012012016A1 - Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Kraftwagens sowie Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren und wenigstens einen Oxidationskatalysator (14) und wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Abgases stromab des Oxidationskatalysators (14) angeordneten Partikelfilter (16) umfassenden Abgasanlage (10) eines Kraftwagen, bei welchem zum Reduzieren einer Beladung des Partikelfilters (16) mit aus dem Abgas gefilterten Partikeln eine Regeneration des Partikelfilter (16) durchgeführt wird, wobei die Regeneration des Partikelfilters (16) in Abhängigkeit von wenigstens einem, einen Alterungszustand des Oxidationskatalysators (14) charakterisierenden Alterungswert durchgeführt wird, sowie eine Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
  • Derartige Verfahren sowie derartige Abgasanlagen sind aus dem Serienbau von Kraftwagen hinlänglich bekannt. Eine solche Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar und weist wenigstens einen Oxidationskatalysator sowie wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Abgases stromab des Oxidationskatalysators angeordneten Partikelfilter auf. Der Oxidationskatalysator dient zum Oxidieren von Bestandteilen des Abgases, insbesondere zum Oxidieren von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und von Kohlenmonoxid im Abgas. Durch den Oxidationskatalysator kann auch Stickstoffmonoxid im Abgas oxidiert werden. Der Partikelfilter dient insbesondere dazu, im Abgas enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel, zumindest teilweise aus dem Abgas zu filtern.
  • Durch das Filtern der Partikel aus dem Abgas wird der Partikelfilter mit Partikeln zugesetzt, was üblicherweise als Beladen des Partikelfilters bezeichnet wird. Infolge des Filterns der Partikel nimmt die Beladung des Partikelfilters mit Partikeln aus dem Abgas zu, was mit einem steigenden Abgasgegendruck für die Verbrennungskraftmaschine einhergeht. Um den Abgasgegendruck und damit einhergehende Nachteile gering zu halten, ist es bekannt, die Beladung des Partikelfilters zu reduzieren, indem eine sogenannte Regeneration des Partikelfilters durchgeführt wird. Dazu wird beispielsweise durch entsprechende Maßnahmen die Temperatur des Abgases angehoben, so dass die Partikel im Partikelfilter abgebrannt werden. Zum Durchführen der Regenration ist beispielsweise eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Regeneration gesteuert oder geregelt durchzuführen ist. Mit anderen Worten dient die Steuerungseinrichtung dazu, die Regeneration zu steuern oder zu regeln und somit durchzuführen.
  • Es hat sich gezeigt, dass derartige Verfahren sowie derartige Abgasanlagen weiteres Potential aufweisen, im Abgas enthaltene Schadstoffe durch entsprechende Abgasnachbehandlung und somit Schadstoffemissionen weiter zu reduzieren.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Abgasanlage der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass besonders geringe Schadstoffemissionen ermöglicht sind.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
  • Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bereitzustellen, durch welches nur besonders geringe Schadstoffemissionen ermöglicht sind, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Regeneration des Partikelfilters in Abhängigkeit von wenigstens einem, einen Alterungszustand des Oxidationskatalysators charakterisierenden Alterungswert durchgeführt wird. Die Beladung des Partikelfilters kann somit an den Alterungszustand des Oxidationskatalysators angepasst werden, wodurch auch das Verhalten des Partikelfilters oder sein Beitrag zur Nachbehandlung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine an den Alterungszustand angepasst wird. Dadurch ist es insbesondere möglich, das Abgas hinsichtlich seiner Zusammensetzung bzw. seiner Bestandteile stromab des Partikelfilters entsprechend anzupassen und einzustellen, so dass seine Zusammensetzung beispielsweise günstig für eine etwaige, weitere Nachbehandlung mittels wenigstens eines, stromab des Partikelfilters angeordneten Abgasnachbehandlungselements ist.
  • Die durch den Partikelfilter bewirkte Nachbehandlung des Abgases wirkt sich insbesondere dann vorteilhaft auf die Zusammensetzung des Abgases aus, wenn durch das Durchführen der Regeneration in Abhängigkeit von dem Alterungswert ein die Beladung des Partikelfilters charakterisierender Beladungswert eingestellt wird, welcher größer als ein vorgebbarer Schwellenwert ist. Der Schwellenwert ist dabei nicht negativ und vorzugsweise größer als 0.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als der Schwellenwert ein konstanter Schwellenwert verwendet, welcher in einem Bereich von einschließlich 1 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters bis einschließlich 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters liegt. Die Beladung des Partikelfilters wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Nachbehandlung des Abgases durch den Partikelfilter und somit auf die Zusammensetzung des Abgases aus, wenn der vorgebbare Schwellenwert zumindest im Wesentlichen 1,5 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters beträgt. Durch die Verwendung des konstanten Schwellenwerts können der Mess- und/oder der Berechnungsaufwand zur Durchführung des Verfahrens gering gehalten werden.
  • Als besonderes vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn als der Schwellenwert ein variabler Schwellenwert verwendet wird, welcher in Abhängigkeit von dem Alterungszustand des Oxidationskatalysators, insbesondere in Abhängigkeit von dem Alterungswert, vorgegeben wird. Mit anderen Worten wird der variable Schwellenwert dynamisch an den sich über die Betriebsdauer ändernden Alterungszustand angepasst, so dass in der Folge auch die Beladung des Partikelfilters präzise und bedarfsgerecht an den Alterungszustand angepasst werden kann.
  • Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der variable Schwellenwert aus einem Bereich von einschließlich 1 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters bis einschließlich 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters vorgegeben. In diesem Bereich kommt es zu einer besonders vorteilhaften Beeinflussung der Zusammensetzung des Abgases durch die vom Partikelfilter bewirkte Abgasnachbehandlung.
  • Eine besonders aussagekräftige und den Alterungszustand des Oxidationskatalysators präzise wiedergebende Größe ist eine Temperaturbelastung des Oxidationskatalysators innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne. Mit anderen Worten wird als der den Alterungszustand des Oxidationskatalysators charakterisierende Alterungswert ein die Temperaturbelastung des Oxidationskatalysators innerhalb der vorgebbaren Zeitspanne charakterisierender Belastungswert verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird als der den Alterungszustand charakterisierende Alterungswert ein eine dem Oxidationskatalysator zugeordnete Aktivität zur Bildung von Stickstoffdioxid im Abgas charakterisierender Aktivitätswert verwendet. Auch dadurch kann besonders präzise auf den Alterungszustand des Oxidationskatalysators und somit auf seine Fähigkeit bzw. Neigung, Stickstoffdioxid im Abgas zu bilden, rückgeschlossen werden. In der Folge können die Beladung des Partikelfilters und somit sein Verhalten hinsichtlich der Abgasnachbehandlung präzise an den Alterungszustand angepasst werden.
  • Der Aktivitätswert wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einem, durch den Oxidationskatalysator bewirkten Stickstoffdioxid-Anteil im Abgas stromab des Oxidationskatalysators und stromauf des Partikelfilters ermittelt. Dadurch ist es möglich, die Aktivität des Oxidationskatalysators hinsichtlich der Bildung von Stickstoffdioxid präzise zu ermitteln und somit auf seinen Alterungszustand rückzuschließen.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als der Partikelfilter ein Partikelfilter verwendet, welcher zumindest teilweise mit einer für eine selektive katalytische Reduktionsreaktion von Stickoxiden im Abgas wirksamen Beschichtung versehen ist. Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein partikel- bzw. rußbeladener und zumindest teilweise mit der genannten Beschichtung (SCR-Beschichtung; SCR – selective catalytic reduction – selektive katalytische Reduktion) versehener Partikelfilter bei entsprechender Partikelbeladung und einem entsprechenden Temperaturbereich einen verbesserten Umsatz von Stickoxiden im Abgas, um das Abgas zu entsticken, bei vergleichsweise hoher Konzentration von Stickstoffdioxiden im Abgas im Vergleich zu einem nicht mit Partikel beladenen Partikelfilter aufweist.
  • Mit anderen Worten kann der partikelbeladene und mit der SCR-Beschichtung versehene Partikelfilter im Vergleich zum unbeladenen und mit der SCR-Beschichtung versehenen Partikelfilter stärker zu einer Entstickung des Abgases, d. h. zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser, beitragen, so dass sich Schadstoffemissionen besonders gering halten lassen. Darüber hinaus ist es so möglich, das dem Partikelfilter etwaig nachgeschaltete Abgasnachbehandlungselement mit einem vorteilhaften Stickoxid-Anteil im Abgas und insbesondere mit einem vorteilhaften Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxid im Abgas zu versorgen, so dass mittels des nachgeschalteten Abgasnachbehandlungselements beispielsweise eine besonders vorteilhafte, weitere Entstickung des Abgases erfolgen kann. Dabei handelt es sich bei dem nachgeschalteten Abgasnachbehandlungselement vorzugsweise um einen SCR-Katalysator, mittels welchem das Abgas unter Durchführung der selektiven katalytischen Reduktionsreaktion zu entsticken ist.
  • Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art, wobei zur Realisierung besonders geringer Schadstoffemissionen die Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die Regeneration des Partikelfilters in Abhängigkeit von wenigstens einem, einen Alterungszustand des Oxidationskatalysators charakterisierenden Alterungswert durchzuführen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasanlage anzusehen und umgekehrt.
  • Die Schadstoffemissionen lassen sich dann besonders gering halten, wenn der Partikelfilter zumindest teilweise mit einer für eine selektive katalytische Reduktionsreduktion von Stickoxiden im Abgas wirksamen Beschichtung versehen ist und/oder wenn stromab des Partikelfilters ein Katalysator zum Durchführen einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion von Stickoxiden im Abgas angeordnet ist, wobei stromab des Oxidationskatalysators und stromauf des Partikelfilters eine Dosiereinrichtung angeordnet ist, mittels welcher ein Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktionsreaktion in das Abgas einbringbar ist.
  • Bei dem Reduktionsmittel handelt es sich insbesondere um eine wässrige Harnstofflösung. Das Reduktionsmittel ist eine Ammoniakquelle, mittels welcher beispielsweise im mit der SCR-Beschichtung versehenen Partikelfilter und insbesondere im SCR-Katalysator Stickoxide in Wasser und Stockstoff umwandelbar sind, wodurch das Abgas entstickt wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter, welcher in Abhängigkeit von wenigstens einem, einen Alterungszustand des Oxidationskatalysators charakterisierenden Alterungswert regeneriert wird;
  • 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung einer dem Oxidationskatalysator zugeordneten Aktivität zur Bildung von Stickstoffdioxid im Abgas durch Oxidation von Stickstoffmonoxid sowie zur Veranschaulichung einer Fähigkeit des Partikelfilters, Stickoxide durch Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion umzusetzen und in Stickstoff und Wasser umzuwandeln; und
  • 3 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Durchführung der Regeneration des Partikelfilters in Abhängigkeit von dem Alterungszustand des Oxidationskatalysators.
  • 1 zeigt eine Abgasanlage 10 für eine beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Die Abgasanlage 10 ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar. Die Abgasanlage 10 umfasst zum Führen des Abgases Abgasrohre 12, über welche das Abgas von der Verbrennungskraftmaschine ab- und zu Abgasnachbehandlungselementen der Abgasanlage 10 führbar ist. Als erstes Abgasnachbehandlungselement umfasst die Abgasanlage 10 einen Oxidationskatalysator 14. Als zweites Abgasnachbehandlungselement umfasst die Abgasanlage 10 einen Partikelfilter 16, welcher in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage 10 stromab des Oxidationskatalysators 14 angeordnet ist. Als drittes Abgasnachbehandlungselement umfasst die Abgasanlage 10 einen sogenannten SCR-Katalysator 18, welcher stromab des Partikelfilters 16 angeordnet ist. Der Oxidationskatalysator 14 dient insbesondere dazu, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) sowie Kohlenmonoxid (CO) zu oxidieren. Mittels des Oxidationskatalysators 14 kann auch Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert werden.
  • Die Verbrennungskraftmaschine kann als Dieselmotor ausgebildet sein. Dabei wird der Oxidationskatalysator 14 üblicherweise als Dieseloxidationskatalysator (DOC) bezeichnet, während der Partikelfilter 16 als Dieselpartikelfilter bezeichnet wird.
  • Der Partikelfilter 16 dient dazu, Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas zu filtern. Der SCR-Katalysator 18 (SCR – selective catalytic reduction – Selektive katalytische Reduktion) dient zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion, durch welche Stickoxide (NOx, insbesondere NO und NO2) reduziert und mit Hilfe von Ammoniak aus einer Ammoniakquelle zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umgewandelt werden. Dadurch wird das Abgas entstickt.
  • Als Ammoniakquelle dient ein Reduktionsmittel beispielsweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung. Zum Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas ist stromab des Oxidationskatalysators 14 und stromauf des Partikelfilters 16 eine Dosiereinrichtung 20 der Abgasanlage 10 angeordnet, mittels welcher das Reduktionsmittel in das Abgas eindosiert wird.
  • Der Partikelfilter 16 ist zumindest teilweise mit einer für die selektive katalytische Reduktionsreaktion von Stickoxiden im Abgas wirksamen Beschichtung versehen. Mit einer solchen, die selektive katalytische Reduktionsreaktion von Stickoxiden im Abgas wirksamen Beschichtung ist auch der SCR-Katalysator 18 versehen. Dadurch, dass der Partikelfilter 16 mit der genannten Beschichtung, welche als SCR-Beschichtung bezeichnet wird, versehen ist, kann auch der Partikelfilter 16 Stickoxide im Abgas umsetzen und im Rahmen der selektiven katalytischen Reduktionsreaktion in Stickstoff und Wasser umwandeln und das Abgas entsticken. Mit anderen Worten weist auch der Partikelfilter 16 eine sogenannte Umsatzfähigkeit oder Umsatzleistung zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser auf. Daher wird der Partikelfilter 16 auch als SDPF (DPF – Dieselpartikelfilter) bezeichnet, wobei das S in SDPF auf die Umsatzfähigkeit bzw. auf die Durchführbarkeit der selektiven katalytischen Reduktionsreaktion hinweist.
  • Mit fortschreitender Betriebsdauer, währenddessen der Partikelfilter 16 Partikel aus dem Abgas filtert, setzt sich der Partikelfilter 16 mit Partikeln zu. Dies wird üblicherweise als Beladen des Partikelfilters 16 bezeichnet. Mit zunehmender Beladung des Partikelfilters 16 mit Partikeln aus dem Abgas steigt ein Abgasgegendruck für die Verbrennungskraftmaschine. Um den Abgasgegendruck nun gering zu halten und damit einhergehende Probleme zu vermeiden, wird – um die Beladung des Partikelfilters 16 zu reduzieren – eine sogenannte Regeneration des Partikelfilters 16 durchgeführt. Dazu wird beispielsweise die Temperatur des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases angehoben, so dass die Partikel im Partikelfilter 16 abgebrannt werden.
  • Der Abgasanlage 10 ist dabei eine Steuerungseinrichtung in Form eines Steuergeräts der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet, welche dazu ausgelegt ist, die Regeneration durchzuführen. Mit anderen Worten ist das Steuergerät dazu ausgelegt, die Regeneration zu regeln oder zu steuern.
  • Die Fähigkeit des Oxidationskatalysators 14, insbesondere Stickstoffmonoxid im Abgas zu Stickstoffdioxid aufzuoxidieren, hängt von seinem Alterungszustand ab. Der Alterungszustand bezieht sich dabei auf eine Temperaturbelastung des Oxidationskatalysators 14 innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne. Mit anderen Worten wird der Oxidationskatalysator 14 beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit Temperaturen insbesondere über das Abgas beaufschlagt und belastet, so dass der Oxidationskatalysator 14 mit zunehmender Betriebsdauer altert. Dabei nimmt die Fähigkeit, d. h. eine dem Oxidationskatalysator 14 zugeordnete Oxidationsaktivität zum Oxidieren von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid mit zunehmenden Altern, d. h. mit zunehmendem Alterungszustand, ab.
  • Vorteilhafterweise ist nun im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasanlage 10 vorgesehen, dass die Regeneration des Partikelfilters in Abhängigkeit von wenigstens einem, den Alterungszustand des Oxidationskatalysators 14 charakterisierenden Alterungswert durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass das Steuergerät entsprechend dazu ausgelegt ist, die Regeneration des Partikelfilters in Abhängigkeit von dem Alterungswert durchzuführen.
  • Bei vergleichsweise geringem Alterungszustand des Oxidationskatalysators 14 und demgemäß vergleichsweise hoher Oxidationsaktivität des Oxidationskatalysators 14, insbesondere bei Erreichen eines Stickstoffdioxid-Anteils im Abgas von mehr als 50% in einem Temperaturbereich von einschließlich 170°C bis einschließlich 300°C des Abgases wird somit die erzwungene Regeneration des Partikelfilters 16 durch thermischen Abbrand der Partikel so durchgeführt, dass eine Restpartikelbeladung des Partikelfilters 16 verbleibt, die vorzugsweise einen vorgebbaren, oberen Grenzwert nicht unterschreitet.
  • Durch das Durchführen der Regeneration in Abhängigkeit von dem Alterungswert wird ein die Beladung des Partikelfilters charakterisierender Beladungswert eingestellt, welcher größer als ein positiver und von 0 unterschiedlicher, vorgebbarer und den Grenzwert bildender Schwellenwert ist. Der Grenzwert (Schwellenwert) kann als vorgebbarer, bis zum Erreichen einer festlegbaren Grenzalterung des Oxidationskatalysators 14 alterungsunabhängiger, fester bzw. konstanter Grenzwert von vorzugsweise zumindest im Wesentlichen 1,5 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters 16 oder als ein alterungsabhängiger, variabler Grenzwert (Schwellenwert) ausgebildet sein.
  • Dieser Durchführung der Regeneration liegt folgende Erkenntnis zugrunde: SCR-Katalysatoren weisen im Allgemeinen eine maximale katalytische Aktivität bezüglich der NOx-Reduktion mit Ammoniak als Reduktionsmittel bei einem NO2/NO-Verhältnis von 1:1, d. h. bei einem NO2-Anteil von etwa 50% im Abgas auf. Der im Rohabgas typischerweise sehr viel niedrigere NO2-Anteil wird dabei mit Hilfe des Oxidationskatalysators 14 angehoben. Die Oxidationsaktivität des Oxidationskatalysators 14 nimmt jedoch, typischerweise mit zunehmender Alterung ab, was anhand von 2 erkennbar ist.
  • 2 zeigt ein Diagramm 22, auf dessen Abszisse 24 die Temperatur des Abgases stromauf des Partikelfilters 16 gemäß einem Richtungspfeil 26 zunehmend aufgetragen ist. Auf einer ersten Ordinate 28 des Diagramms 22 ist das Verhältnis von NO2 zu NOx in der Einheit Prozent stromab des Partikelfilters 16 gemäß einem Richtungspfeil 30 ansteigend aufgetragen. Wie anhand eines Richtungspfeils 32 angedeutet ist, nimmt die Oxidationsaktivität mit zunehmender Alterung ab. Dabei veranschaulichen Verläufe 34 die mit zunehmender Alterung sinkende Oxidationsaktivität in Abhängigkeit von der Temperatur.
  • Angestrebt wird aber, dass auch nach Alterung des Oxidationskatalysators 14 in einem Temperaturbereich von einschließlich 170°C bis einschließlich 300°C des Abgases der NO2-Anteil nicht deutlich unter 50% sinkt. Das wiederum bedeutet, dass eine für die Oxidation katalytisch wirksame Beschichtung des Oxidationskatalysators 14 so auszuwählen ist, dass auch im thermisch gealterten Zustand der NO2-Anteil ausreichend hoch und beispielsweise größer als 20% und vorzugsweise größer als 40% ist. Dies kann jedoch zu unerwünscht hohen NO2-Anteilen von beispielsweise größer als 50% im ungealterten Zustand des Oxidationskatalysators 14 führen. Ungealterte Oxidationskomponenten zum Oxidieren von Abgasbestandteilen zeigen nämlich eine sehr starke Aktivität zur NO2-Bildung durch Oxidation von im Abgas enthaltenem NO vor allem im Temperaturbereich von einschließlich 170°C bis einschließlich 300°C. Typischerweise zeigen nicht oder nur gering gealterte Abgasanlagen im Temperaturbereich von 170°C bis 300°C NO2-Konzentrationen von größer als 50% stromab des Oxidationskatalysators 14. Dabei kann der Oxidationskatalysator 14 auch durch einen oxidationskatalytisch beschichteten Partikelfilter, insbesondere Dieselpartikelfilter, gebildet sein, welcher als cDPF bezeichnet wird.
  • Liegt jedoch der NO2-Anteil des im Abgas enthaltenen NOx über 50%, hat dies negative Auswirkungen auf den nachgeschalteten SCR-Katalysator 18 hinsichtlich seiner Reduktionsleistung, d. h. hinsichtlich seiner Leistung zur Durchführung der selektiven katalytischen Reduktionsreaktion, wodurch NOx reduziert und das Abgas entstickt wird. Zusätzlich steigt bei hohen NO2-Anteilen stromauf des Partikelfilters 16 die Gefahr einer verstärkten NH4NO3-Bildung am Partikelfilter 16. Dadurch kann zum einen eine dem SCR-Katalysator 18 zugeordnete Aktivität hinsichtlich seiner Umsatzfähigkeit, Stickoxide umzusetzen und in Stickstoff und Wasser umzuwandeln, zusätzlich reduziert werden. Zum anderen steigt das Risiko erhöhter N2O-Emissionen stromab des Partikelfilters 16 resultierend aus einem Zerfall von NH4NO3.
  • Es wurde nun überraschend gefunden, dass der partikel- bzw. rußbeladene und mit der SCR-Beschichtung versehene Partikelfilter 16, insbesondere mit einer Ruß- bzw. Partikelbeladung in einem Bereich von einschließlich 1,5 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen bis einschließlich 8 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen und insbesondere in einem Bereich von einschließlich 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen bis einschließlich 6 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen, im Temperaturbereich von einschließlich 170°C bis einschließlich 300°C, vor allem in einem Temperaturbereich von einschließlich 200°C bis einschließlich 250°C eine verbesserte NOx-Umsatzleistung bei vergleichsweise hohen NO2-Konzentrationen von größer als 50%, bevorzugt von größer als 60%, im Vergleich zu einem nicht mit Partikel bzw. Ruß beladenen Partikelfilter aufweist. Dies ist anhand von 2 erkennbar. Auf einer zweiten Ordinate 36 ist der NOx-Umsatz am Partikelfilter 16 in der Einheit Prozent gemäß einem Richtungspfeil 38 aufsteigend aufgetragen.
  • Verläufe 40 im Diagramm 22 veranschaulichen die Umsatzfähigkeit des Partikelfilters 16 in Abhängigkeit von der Temperatur, seiner Partikelbeladung und der NO2-Konzentration, wobei sich die gestrichelten und mit Rauten versehenen Verläufe auf den unbeladenen Partikelfilter 16 beziehen, während sich die durchgezogenen und mit Punkten versehenen Rauten der Verläufe 40 auf den beispielsweise mit 6 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen beladenen Partikelfilter 16 beziehen.
  • Dieser geschilderte Effekt wird nun genutzt, indem beispielsweise der Alterungszustand der NO2-bildenden Komponente in Form des Oxidationskatalysators 14 mittels einer in 3 dargestellten Kennlinie 42 im Steuergerät hinterlegt wird. 3 zeigt dabei ein weiteres Diagramm 44, auf dessen Abszisse 46 die Alterung bzw. die Zeit gemäß einem Richtungspfeil 47 ansteigend aufgetragen ist. Auf einer ersten Ordinate 48 des Diagramms 44 ist der NO2-Anteil in der Einheit Prozent stromab des Oxidationskatalysators 14. bei 250°C gemäß einem Richtungspfeil 50 ansteigend aufgetragen.
  • Der jeweilige Alterungszustand kann dann bei einem jeweiligen Betriebspunkt einer NO2-Bildungsrate am Oxidationskatalysator 14 zugeordnet werden. Im ungealterten bzw. wenig thermisch beanspruchten Zustand wird am Oxidationskatalysator 14 im Temperaturbereich von 170°C bis 300°C tendenziell zu viel NO2 gebildet, wobei der NO2-Anteilbeispielsweise größer als 50% beträgt. Um die damit verbundene NOx-Umsatzminderung am Partikelfilter 16 zu kompensieren, wird der Partikelfilter 16 im Rahmen der Regeneration nicht vollständig, sondern auf eine spezifische Restpartikelbeladung, d. h. auf den vorgebbaren Grenzwert, regeneriert. Damit wird die NOx-Umsatzaktivität des Partikelfilters 16 sowie des nachgeschalteten SCR-Katalysators 18 zeitlich und vom Alterungszustand des Oxidationskatalysators 14 unabhängig stabilisiert. Gleichzeitig wird das Bildungsrisiko für NH4NO3 reduziert. Zusätzlich reduziert sich die Dauer der Regeneration.
  • Die Restpartikelbeladung kann oberhalb einer vorgebbaren Alterung, d. h. oberhalb eines vorgebbaren Alterungskoeffizienten, ermittelt beispielsweise über ein Integral der Temperaturbelastung des Oxidationskatalysators 14 über der Zeit, oder oberhalb einer NO2-Bildung von mehr als 50% bei 250°C und mittlerem Abgasdurchsatz größer als 1,5 Gramm pro Liter Filtervolumen betragen. Mit anderen Worten wird als der zuvor geschilderte, alterungsunabhängige und feste Grenzwert 1,5 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen verwendet.
  • Alternativ dazu kann eine mit dem Alterungszustand korrelierende und mit zunehmendem Alterungszustand kontinuierlich abnehmende Restrußbeladung, z. B. 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen in Neuzustand und 1,5 Gramm pro Liter Filtervolumen bei NO2-Bildung von ca. 50% vorgesehen sein. Dies ist anhand eines ersten Verlaufs 52 in 3 dargestellt. Der erste Verlauf 52 bezieht sich auf eine zweite Ordinate 54 des Diagramms 44, auf welcher die Beladung, d. h. die Restpartikelbeladung, des Partikelfilters 16 in der Einheit Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen gemäß einem Richtungspfeil 56 ansteigend aufgetragen ist. Ist der Oxidationskatalysator 14 nicht oder nur sehr geringfügig gealtert, weist der Oxidationskatalysator 14 somit zumindest im Wesentlichen seinen Neuzustand auf, so wird der Partikelfilter 16 lediglich auf eine Restpartikelbeladung von zumindest im Wesentlichen 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen regeneriert. Weist der Oxidationskatalysator 14 einen entsprechenden Alterungszustand auf, so wird er auf eine Restpartikelbeladung von zumindest im Wesentlichen 1,5 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen regeneriert. Wie durch einen zweiten Verlauf 58 dargestellt ist, kann auch eine mit zunehmendem Alterungszustand im Wesentlichen kontinuierliche abnehmende Restpartikelbeladung beginnend bei z. B. 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen im Neuzustand hin zu 1,5 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen bei einer NO2-Bildung von ca. 50% vorgesehen sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren und wenigstens einen Oxidationskatalysator (14) und wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Abgases stromab des Oxidationskatalysators (14) angeordneten Partikelfilter (16) umfassenden Abgasanlage (10) eines Kraftwagen, bei welchem zum Reduzieren einer Beladung des Partikelfilters (16) mit aus dem Abgas gefilterten Partikeln eine Regeneration des Partikelfilter (16) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des Partikelfilters (16) in Abhängigkeit von wenigstens einem, einen Alterungszustand des Oxidationskatalysators (14) charakterisierenden Alterungswert durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Durchführen der Regeneration in Abhängigkeit von dem Alterungswert ein die Beladung des Partikelfilters (16) charakterisierender Beladungswert eingestellt wird, welcher größer als ein vorgebbarer Schwellenwert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als der Schwellenwert ein konstanter Schwellenwert verwendet wird, welcher in einem Bereich von einschließlich 1 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters (16) bis einschließlich 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters (16) liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als der Schwellenwert ein variabler Schwellenwert verwendet wird, welcher in Abhängigkeit von dem Alterungszustand des Oxidationskatalysators (14), insbesondere in Abhängigkeit von dem Alterungswert, vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Schwellenwert aus einem Bereich von einschließlich 1 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters (16) bis einschließlich 3 Gramm an Partikeln pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters (16) vorgegeben wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der den Alterungszustand des Oxidationskatalysators (14) charakterisierende Alterungswert ein eine Temperaturbelastung des Oxidationskatalysators (14) innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne charakterisierender Belastungswert und/oder ein eine dem Oxidationskatalysator (14) zugeordnete Aktivität zur Bildung von Stickstoffdioxid im Abgas charakterisierender Aktivitätswert verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivitätswert in Abhängigkeit von einem, durch den Oxidationskatalysator (14) bewirkten Stickstoffdioxid-Anteil im Abgas stromab des Oxidationskatalysators (14) und stromauf des Partikelfilters (16) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der Partikelfilter (16) ein Partikelfilter (16) verwendet wird, welcher zumindest teilweise mit einer für eine selektive katalytische Reduktionsreaktion von Stickoxiden im Abgas wirksamen Beschichtung versehen ist.
  9. Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist und welche wenigstens einen Oxidationskatalysator (14) und wenigstens einen, in Strömungsrichtung des Abgases stromab des Oxidationskatalysators (14) angeordneten Partikelfilter (16) umfasst, wobei eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgelegt ist, zum Reduzieren einer Beladung des Partikelfilters (16) mit aus dem Abgas gefilterten Partikeln eine Regeneration des Partikelfilters (16) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die Regeneration des Partikelfilters (16) in Abhängigkeit von wenigstens einem, einen Alterungszustand des Oxidationskatalysators (14) charakterisierenden Alterungswert durchzuführen.
  10. Abgasanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (16) zumindest teilweise mit einer für eine selektive katalytische Reduktionsreaktion von Stickoxiden im Abgas wirksamen Beschichtung versehen ist und/oder dass stromab des Partikelfilters (16) ein Katalysator (18) zum Durchführen einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion von Stickoxiden im Abgas angeordnet ist, wobei stromab des Oxidationskatalysators (14) und stromauf des Partikelfilters (16) eine Dosiereinrichtung (20) angeordnet ist, mittels welcher ein Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktionsreaktion in das Abgas einbringbar ist.
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